低温膨胀机效率对液体空分的能耗影响分析

王 艺

[林德工程(杭州)有限公司，浙江 杭州 310012]



低温膨胀机效率对液体空分的能耗影响分析

王 艺

[林德工程(杭州)有限公司，浙江 杭州 310012]

低温膨胀机增压端效率低导致增压流体压力偏低，影响膨胀机膨胀入口压力；膨胀端效率低直接影响膨胀机产冷，导致流量增加，空分能耗偏高。

液体空分设备；透平膨胀机；效率提高；节约能耗

0 引 言

某套国产的液体空分低温膨胀机运行效率长期在67%，远低于设计值83%，造成空分的能耗居高不下，对工厂的运营造成直接的经济利益损害，本文对现场运行数据进行分析，通过计算软件模拟计算，得出节约能耗的可观结论，给项目实施的可行性提供理论支持。

1 液体空分流程描述

1.1 液体空分的产品产量(见表1)

表1 液体空分产量表

1.2 流程描述

液体空分的核心是冷量，增压机需要大量的空气来增压以满足膨胀机的膨胀冷量需求。增压机的流量有两个来源，一部分是经过预冷系统和纯化系统的空气；一部分是热膨胀机和冷膨胀机膨胀后的部分空气。进入增压机后分两部分：一部分直接进入板式换热器，经过小幅降温进入热膨胀机，膨胀后空气再进入换热器换热与冷膨胀机膨胀后的空气混合进入换热器复热后，与分子筛后空气混合进入增压机；一部分进入热膨和冷膨增压端继续增压后，进入换热器参与换热，到中部抽出进入冷膨胀机膨胀。

精馏部分与常规空分无异，不再赘述。

液氮从上塔顶部抽取，液氧从上塔底部抽取，液氩从精氩塔底部抽取。具体流程如图1。

图1 空分流程简图

2 某空分运行情况

2.1 空分原设计参数(见表2)

表2 设计参数

2.2 现场DCS(中央控制室)数据

2016年4月份某日(此时气温、水温都接近设计值)的空分DCS截屏如表3。

表3 运行数据

由表3可以看出，冷膨效率不够，导致增压机流量过载，能耗超出设计值约390 kW，折合蒸汽耗约为1.5 t/h。

现将冷膨胀端效率提高，带入计算模型，计算结果如表4。由此可见，如果将冷膨膨胀端效率从70.3%提高到83%，增压机流量减小约5000 Nm3/h，能耗可节约约770 kW，折合蒸汽耗约为2.8 t/h。

表4 模拟数据-增压机流量减小

如果保持增压机能耗不变，冷膨胀机效率从70.3%提高到83%，空分可多产1300 Nm3/h，与空分原有设计持平。同时空压机流量增加约1500 Nm3/h，仍在空压机负荷范围内。计算结果如表5。

表5 模拟数据-提高液体产量

2.3 运行与设计的偏差

膨胀机冷量主要用于两方面，一为产液体，二为换热器的热端损失。设计、运行与模拟数据对比如表6，可以看出空分运行的产液量由于冷膨胀机效率比设计值低16%，造成液氧少产400 Nm3/h，液氮少产300 Nm3/h。而将效率提高后，液氮可多产1000 Nm3/h，由于空压机余量有限，因此液氧产量比设计少产了400 Nm3/h，根据1液氧=1.07液氮的冷量转换原则，模拟数据比设计多产572 Nm3/h的液氮，相当于1%的产量。说明原国内厂家的计算留有约1%的余量。

3 总 结

如果将该冷膨胀机更换成一台国际知名品牌的冷膨胀机，费用大约为400万人民币，而效率提高能节约约2.8 t/h蒸汽，如果每吨蒸汽按照200元计算，年运行时间按照8 000 h计算，一年即能收回成本。

表6 设计与运行数据对比

王 艺(1984年)，女，2007年毕业于西安交通大学制冷与低温工程硕士，现任林德工程(杭州)有限公司概念工程师一职，中级工程师。邮箱：yi.wang@lindeleh.com

The Influence Analysis of Low Efficient Cryogenic Booster Turbine to Power Consumption of Liquid Air Separation Plant

WANG Yi

[LINDE Engineering (Hangzhou) Co.,Ltd.，Hangzhou 310012，China]

The efficiency of booster side of cryogenic turbine is lower than design, the pressure to turbine inlet is lower; the turbine side efficiency is lower, the flow is higher. The consequence will be the power consumption of the plant is higher.

liquid air separation plant; cryogenic booster turbine; efficiency enhanced; energy saved

2016-08-25

TQ116.11

B

1007-7804(2016)05-0029-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2016.05.009